RU2640794C2

RU2640794C2 - Индуктор для индукционного нагрева

Info

Publication number: RU2640794C2
Application number: RU2016110775A
Authority: RU
Inventors: Дирк ДИЛЬ
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2018-01-12
Also published as: EP3005831B1; BR112016006405A2; CA2925385C; DE102013219368A1; EP3005831A1; US10154546B2; US20160219652A1; WO2015043984A1; RU2016110775A; CA2925385A1

Abstract

Изобретение относится к индуктору для индукционного нагрева месторождений нефтеносного песка, горючих сланцев или тяжелых фракций нефти. Индуктор (1) для индукционного нагрева посредством токоведущих проводников (2a…f, 4a…f) содержит участки многожильного провода (20, 22, 24, 26), соединенные через конденсаторы ( 4, 6, 8), при этом предотвращается частичный разряд на местах прерываний проводников (2a…f, 4a…f). Изобретение предотвращает возможность возникновения частичных разрядов на местах прерывания токоведущих проводников индуктора, которые могут привести к разрушению индуктора. 23 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к индуктору для индукционного нагрева месторождений нефтеносного песка, горючих сланцев или тяжелых фракций нефти.

При добыче тяжелых фракций нефти или битума из залежей нефтеносных песков или горючих сланцев с помощью систем труб необходимо достигать максимально возможной текучести добываемой нефти. При этом системы труб помещают в предусмотренные для этого скважины. Например, увеличение скорости течения может быть достигнуто повышением температуры залежи (резервуара в грунте). Согласно уровню техники для этого применяются системы индукционного нагрева, так называемые индукторы. В частности, в способе гравитационного дренажа с помощью пара (SAGD-способе, англ. steam-assisted gravity drainage) для повышения температуры исключительно или для поддержки используется индукционный нагрев.

Для достижения достаточной для требуемого повышения температуры мощности нагрева в окрестности индуктора обычно необходимы большие силы тока в несколько сотен ампер, поскольку резервуар, окружающий индуктор, чаще всего имеет лишь невысокую электропроводность. Кроме того, индуктор нагружается переменным током с частотой обычно в диапазоне от 10 кГц до 200 кГц. В результате, однако, возникает высокое индуктивное падение напряжения вдоль удлиненного индуктора, длина которого обычно может составлять более чем 1 км. Поэтому чаще всего имеет место индуктивное падение напряжения порядка нескольких 100 кВ. С таким напряжением можно лишь с трудом практически обращаться, так что его необходимо компенсировать.

Такая компенсация может осуществляться, например, посредством конденсаторов, соединенных последовательно, как описано в патентном документе DE 10 2007 040 605.5. При этом токоведущие проводники индуктора прерываются и имеют, таким образом, места прерывания.

Недостатком такого последовательного соединения конденсаторов является то, что места прерывания могут создавать ослабленные места индуктора. На местах прерывания могут возникать частичные разряды, которые могут привести к разрушению индуктора.

В основе настоящего изобретения, таким образом, лежит задача создать индуктор, усовершенствованный по сравнению с уровнем техники.

Эта задача решается индуктором с признаками независимого пункта формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения представлены предпочтительные усовершенствования и дальнейшие развития изобретения.

Соответствующий изобретению индуктор для индукционного нагрева месторождений нефтеносного песка, горючих сланцев или тяжелых фракций нефти посредством токоведущих проводников содержит по меньшей мере два участка и соединение первого вида двух участков, причем два участка имеют, соответственно, по меньшей мере один первый и один второй многожильный провод. При этом соответствующее изобретению соединение первого вида выполнено таким образом, что первый многожильный провод первого участка через первый конденсатор электрически связан с вторым многожильным проводом первого участка, первый многожильный провод первого и второго участка соединены электропроводным способом и второй многожильный провод второго участка электрически связан через второй конденсатор с первым многожильным проводом первого участка.

Тем самым в соответствии с изобретением предотвращается частичный разряд на местах прерывания индуктора. При этом место прерывания индуктора соответствует прерыванию второго многожильного провода посредством первого конденсатора.

Предотвращение частичных разрядов обеспечивается тем, что многожильные провода через первый и второй конденсатор соединены способом, указанным в пункте 1 формулы изобретения. В частности, проводники соответствующего многожильного провода через общий первый и/или второй конденсатор связаны в соответствии с изобретением. Следует отметить, что под проводником многожильного провода всегда понимаются либо все проводники многожильного провода, либо по меньшей мере часть проводников многожильного провода.

Является предпочтительным, что первый и второй конденсаторы включены параллельно емкостям проводников (емкостям провода) участка, так что имеет место параллельная схема соединения. Таким образом, общая емкость соответствующего участка повышается, так как емкости параллельно включенных конденсаторов суммируются.

Посредством соответствующего изобретению индуктора, таким образом, распределенные конденсаторы предпочтительным образом комбинируются с сосредоточенными конденсаторами. При этом под распределенными конденсаторами следует понимать емкости провода. Под сосредоточенными конденсаторами следует понимать первый и второй конденсаторы. Таким образом, в соответствии с изобретением предлагается комбинация из сосредоточенных и распределенных конденсаторов, которая позволяет осуществлять емкостную компенсацию индуктора без частичных разрядов.

Другими словами, настоящее изобретение может быть описано следующим образом.

Второй многожильный провод первого участка индуктора прерывается по меньшей мере один раз. На месте прерывания проводники второго многожильного провода первого участка электрически связаны через сосредоточенный первый конденсатор с проводниками непрерываемого первого многожильного провода. Через сосредоточенный второй конденсатор предусмотрено электрическое емкостное соединение второго многожильного провода второго участка с непрерванным первым многожильным проводом первого участка. Первый многожильный провод первого участка соединен с первым многожильным проводом второго участка и, таким образом, при соединении первого вида не прерывается. В частности, проводники первого и второго многожильного провода перед и после соединения через первый и/или второй конденсатор сводятся в соответствующий провод.

В соответствии с предпочтительным выполнением изобретения индуктор содержит дополнительный третий участок, который электрически соединен с вторым участком через соединение второго вида, причем соединение второго вида выполнено таким образом, что первый многожильный провод второго участка через дополнительный первый конденсатор электрически связан с вторым многожильным проводом второго участка, второй многожильный провод второго и третьего участка электропроводно соединены и первый многожильный провод третьего участка через дополнительный второй конденсатор электрически связан с вторым многожильным проводом второго участка.

Предпочтительно, соединение второго вида соответствует соединению первого вида, при котором первый и второй многожильный провод замещаются. Тем самым создается симметрия между первым и вторым многожильным проводом. За счет этого индуктивное падение напряжения первого и второго многожильного провода компенсируется.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления индуктор содержит более трех участков, причем попеременно соответствующие два участка соединены с соединением первого и второго вида.

Предпочтительным образом тем самым обеспечивается индуктор с несколькими участками. Особенно предпочтительно, что путем соединения первого и второго вида частичные разряды на прерываниях многожильных проводов предотвращаются, и, таким образом, может предотвращаться разрушение индуктора из-за частичных разрядов также при большом количестве участков.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения первый и второй многожильные провода содержит, соответственно, по меньшей мере два проводника, причем проводники образуют жилы многожильного провода.

Предпочтительным образом при этом проводник первого многожильного провода постоянно емкостным образом связан с проводником второго многожильного провода. Тем самым формируются емкости провода и, таким образом, распределенные емкости.

В другом предпочтительном варианте осуществления первый и второй многожильный провод содержит множество из по меньшей мере 1000 и максимум 5000 проводников, причем проводники образуют жилы многожильного провода.

За счет этого предпочтительным образом значительно повышается мощность нагрева индуктора.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения отдельные проводники многожильного провода проходят вдоль продольной оси индуктора по существу параллельно.

За счет этого предпочтительным образом повышается емкость провода.

В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления отдельные проводники многожильного провода образуют переплетенную структуру, которая проходит вдоль продольной оси индуктора.

За счет этого предпочтительным образом обеспечивается кабельная конфигурация многожильного провода, которая посредством переплетения, с одной стороны, стабилизируется, а с другой стороны, пригодна для формирования сосредоточенных емкостей (емкостей провода).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере два многожильных провода связаны емкостным образом по меньшей мере на первом и втором участке, так что на соответствующем участке образуется третий конденсатор.

При этом третий конденсатор предпочтительным образом соответствует емкостям провода участков.

В другом предпочтительном варианте осуществления общая емкость первого и второго конденсаторов меньше, чем общая емкость третьих конденсаторов.

Особенно предпочтительной является общая мощность первого и второго конденсатора, которая составляет меньше чем 5% от общей емкости третьих конденсаторов.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения первый и/или второй конденсатор состоит соответственно из двух электродов, причем электроды выполнены в виде объединения отдельных проводников многожильного провода.

За счет этого предпочтительным образом предотвращаются частичные разряды на местах прерывания. Первый и/или второй конденсатор образуется посредством объединения проводников многожильных проводов, связанных посредством первого и/или второго конденсатора.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления электроды выполнены в полусферической форме.

Тем самым предпочтительным образом поддерживается предотвращение частичных разрядов в местах прерывания.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения промежуточное пространство, расположенное между двумя электродами первого конденсатора и/или второго конденсатора, содержит керамический или минеральный изолирующий материал.

Тем самым особенно предпочтительным образом поддерживается предотвращение частичных разрядов на местах прерывания.

В дальнейшем предпочтительном развитии изолирующий материал содержит по меньшей мере один материал из группы слюд.

Материалы из группы слюд имеют высокую диэлектрическую прочность, так что предпочтительным образом дополнительно поддерживается предотвращение частичных разрядов в местах прерывания.

Изобретение описано ниже с помощью предпочтительного примера выполнения со ссылками на приложенный чертеж, на котором показано схематичное представление соответствующего изобретению индуктора.

Однотипные элементы на чертеже обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

На чертеже схематично показан индуктор 1, который имеет вдоль продольной оси 40 по меньшей мере четыре участка 20, 22, 24, 26. При этом по отношению к продольной оси 40 смежные участки 20, 22, 24, 26, соответственно, попеременно соединены с соединением первого вида 28 и соединением второго типа 30. Каждый из участков 20, 22, 24, 26 имеет два многожильных провода 2, 4, причем многожильные провода 2, 4 имеют, соответственно, шесть проводников 2а…f, 4а…f. На каждом участке проводники 2а…f первого многожильного провода 2 емкостным образом связаны с проводниками 4а…f второго многожильного провода 4. Такая емкостная связь обеспечивается посредством параллельного расположения проводников 2а…f, 4a…f вдоль продольной оси 40 индуктора 1.

Соединение первого вида 28 имеет первый и второй конденсаторы 6, 8. Перед соединением через первый и/или второй конденсатор 6, 8 многожильные провода сводятся в один провод. При этом первый конденсатор 6 связывает первый и второй многожильные провода 2, 4 первого участка 20. Второй конденсатор 8 связывает первый многожильный провод 2 первого участка 20 с объединенным вторым многожильным проводом 4 второго участка 22. Первый многожильный провод 2 первого участка 20 объединяется и электрически связывается с объединенным первым многожильным проводом 2 второго участка 22.

Ко второму участку 22 примыкает третий участок 24. При этом теперь второй участок 22 через соединение второго вида 30 соединен с третьим участком 24. Объединенный и прерванный первый многожильный провод 2 второго участка 22 соединяется через первый конденсатор 6 с объединенным вторым многожильным проводом 4 второго участка 22. Объединенный второй многожильный провод 4 второго участка 22 электрически соединяется с объединенным вторым многожильным проводом 4 третьего участка 24. Кроме того, в свою очередь многожильный провод 2 третьего участка 24 емкостным образом связан со вторым многожильным проводом 4 второго участка 22 через второй конденсатор 8.

Указанная и распознаваемая схема продолжается теперь вдоль продольной оси 40 индуктора 1. Тем самым за третьим участком 24 следует четвертый участок 26, который соединен соединением первого вида 28 с третьим участком 24. В общем, эта схема может применяться к любому количеству участков 20, 22, 24, 26 индуктора 1.

На участках 20, 22, 24, 26 связанные емкостным образом проводники 2а…f, 4a…f образуют распределенные конденсаторы. В соединениях первого и второго вида 28, 30, с другой стороны, посредством первых и вторых конденсаторов 6, 8 формируются сосредоточенные конденсаторы 6, 8. Тем самым распределенные конденсаторы объединяются предпочтительным образом с сосредоточенными конденсаторами 6, 8 вдоль индуктора 1, так что частичные разряды предотвращаются в местах прерывания и, таким образом, обеспечивается индуктор, усовершенствованный по сравнению с уровнем техники.

Claims

1. Индуктор (1) для индукционного нагрева месторождений нефтеносного песка, горючих сланцев или тяжелых фракций нефти посредством токоведущих проводников (2a…f, 4a…f), содержащий

- по меньшей мере два участка (20, 22), которые имеют, соответственно, по меньшей мере один первый и один второй многожильный провод (2, 4),

- и соединение первого вида (28) двух участков (20, 22), причем соединение первого вида (28) выполнено таким образом, что

- первый многожильный провод (2) первого участка (20) через первый конденсатор (6) электрически связан со вторым многожильным проводом (4) первого участка (20),

- первый многожильный провод (2) первого и второго участков (20, 22) соединены электропроводным способом и

- второй многожильный провод (4) второго участка (22) электрически связан через второй конденсатор (8) с первым многожильным проводом (2) первого участка (20).

2. Индуктор (1) по п. 1, содержащий дополнительный третий участок (24), который электрически соединен со вторым участком (22) через соединение второго вида (30), причем соединение второго вида (30) выполнено таким образом, что

- первый многожильный провод (2) второго участка (22) через дополнительный первый конденсатор (6) электрически связан со вторым многожильным проводом (4) второго участка (22),

- второй многожильный провод (4) второго и третьего участков (22, 24) соединены электропроводным способом

- и первый многожильный провод (2) третьего участка (24) через дополнительный второй конденсатор (4) электрически связан со вторым многожильным проводом (4) второго участка (22).

3. Индуктор (1) по п. 2, содержащий более трех участков(20, 22, 24, 26), причем попеременно соответствующие два участка соединены соединением первого и второго вида (6, 8).

4. Индуктор (1) по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что первый и второй многожильный провод (2, 4) содержит соответственно по меньшей мере два проводника (2a…f, 4a…f), причем проводники (2a…f, 4a…f) образуют жилы многожильного провода (2, 4).

5. Индуктор (1) по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что первый и второй многожильные провода (2, 4) содержат множество из по меньшей мере 1000 и самое большее 5000 проводников (2a…f, 4a…f), причем проводники (2a…f, 4a…f) образуют жилы многожильного провода (2, 4).

6. Индуктор (1) по п. 4, отличающийся тем, что отдельные проводники (2a…f, 4a…f) многожильного провода (2, 4) проходят вдоль продольной оси (40) индуктора (1) по существу параллельно.

7. Индуктор (1) по п. 5, отличающийся тем, что отдельные проводники (2a…f, 4a…f) многожильного провода (2, 4) проходят вдоль продольной оси (40) индуктора (1) по существу параллельно.

8. Индуктор (1) по п. 4, отличающийся тем, что отдельные проводники (2a…f, 4a…f) многожильного провода (2, 4) образуют переплетенную структуру, которая пролегает вдоль продольной оси (40) индуктора (1).

9. Индуктор (1) по п. 5, отличающийся тем, что отдельные проводники (2a…f, 4a…f) многожильного провода (2, 4) образуют переплетенную структуру, которая пролегает вдоль продольной оси (40) индуктора (1).

10. Индуктор (1) по п. 6, отличающийся тем, что отдельные проводники (2a…f, 4a…f) многожильного провода (2, 4) образуют переплетенную структуру, которая пролегает вдоль продольной оси (40) индуктора (1).

11. Индуктор (1) по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере два многожильных провода (2, 4) связаны емкостным образом по меньшей мере на первом и втором участке (20, 22), так что на соответствующем участке образуется третий конденсатор.

12. Индуктор (1) по любому из 6-10, отличающийся тем, что по меньшей мере два многожильных провода (2, 4) связаны емкостным образом по меньшей мере на первом и втором участке (20, 22), так что на соответствующем участке образуется третий конденсатор.

13. Индуктор (1) по п. 4, отличающийся тем, что по меньшей мере два многожильных провода (2, 4) связаны емкостным образом по меньшей мере на первом и втором участке (20, 22), так что на соответствующем участке образуется третий конденсатор.

14. Индуктор (1) по п. 5, отличающийся тем, что по меньшей мере два многожильных провода (2, 4) связаны емкостным образом по меньшей мере на первом и втором участке (20, 22), так что на соответствующем участке образуется третий конденсатор.

15. Индуктор (1) по п. 11, отличающийся тем, что общая емкость первого и второго конденсаторов (6, 8) меньше, чем общая емкость третьих конденсаторов.

16. Индуктор (1) по любому из пп. 1-3, 6-10, 13, 14, отличающийся тем, что первый и/или второй конденсатор (6, 8) содержит соответственно два электрода, причем электроды выполнены объединением отдельных проводников (2a…f, 4a…f) многожильного провода (2, 4).

17. Индуктор (1) по п. 11, отличающийся тем, что первый и/или второй конденсатор (6, 8) содержит соответственно два электрода, причем электроды выполнены объединением отдельных проводников (2a…f, 4a…f) многожильного провода (2, 4).

18. Индуктор (1) по п. 12, отличающийся тем, что первый и/или второй конденсатор (6, 8) содержит соответственно два электрода, причем электроды выполнены объединением отдельных проводников (2a…f, 4a…f) многожильного провода (2, 4).

19. Индуктор (1) по п. 16, отличающийся тем, что электроды выполнены полусферическими.

20. Индуктор (1) по п. 16, отличающийся тем, что промежуточное пространство, расположенное между двумя электродами первого конденсатора и/или второго конденсатора (6, 8), содержит керамический или минеральный изолирующий материал.

21. Индуктор (1) по п. 17, отличающийся тем, что промежуточное пространство, расположенное между двумя электродами первого конденсатора и/или второго конденсатора (6, 8), содержит керамический или минеральный изолирующий материал.

22. Индуктор (1) по п. 18, отличающийся тем, что промежуточное пространство, расположенное между двумя электродами первого конденсатора и/или второго конденсатора (6, 8), содержит керамический или минеральный изолирующий материал.

23. Индуктор (1) по п. 19, отличающийся тем, что промежуточное пространство, расположенное между двумя электродами первого конденсатора и/или второго конденсатора (6, 8), содержит керамический или минеральный изолирующий материал.

24. Индуктор (1) по п. 20, отличающийся тем, что изолирующий материал содержит по меньшей мере один материал из группы слюд.